(57)【要約】  【課題】  感温ペレット型温度ヒューズの構造簡素化を図り、有機物質を使用しない感温材で温度や湿度の環境に影響され難くて、高温度領域まで動作温度を高める。  【解決手段】  金属ケース外囲器１２に収容されるスイッチング機能部材に永久磁石１０の他に中央接点部と星型周辺接点部を有する可動導電体２０、スペーサ板２２および圧縮ばねのスプリング体２４が含まれる。金属ケース外囲器１２を常磁性体または反磁性体金属で、第１リード部材１４を強磁性体金属部材でそれぞれ構成し、それにより、永久磁石１０は第１リード部材１４との間に平常時は強い磁力が作用して両リード部材間を導通させるが、高温異常時には動作温度を感温部材のキュリー温度近辺に設定することで低下した磁力にスプリング体のばね力が増さり可動導電体を移動させ電気回路を遮断する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石および強磁性体金属体を含む所定の温度以下で磁場をかけなくても自発的に磁化する感温部材と、第１リード部材を一端側に絶縁して装着し、第２リードを他端側に直接かしめ固定した金属製外囲器と、前記外囲器内に収容された可動導電体およびスプリング体を含むスイッチング機能部材とを具備し、前記磁石はフリースペースの移動空間を持って前記スイッチング機能部材と共に前記外囲器に収容され、前記強磁性体金属体は前記第１リード部材側に配置され、前記感温部材の磁気吸引力により前記スイッチング機能部材が電気回路の正常状態を維持し、前記感温部材が温度上昇による磁力低下で異常状態を感知して前記電気回路をスイッチングする感温ペレット型温度ヒュ−ズ。
【請求項２】
前記第１リード部材が強磁性体金属からなり前記強磁性体金属体として機能し、前記感温部材はキュリー温度より低温側近辺における磁力低下特性を有し、磁気吸引力が温度上昇で低下して前記スプリング体のばね荷重と均衡する前後の温度を動作温度に設定することを特徴とする請求項１に記載の感温ペレット型温度ヒュ−ズ。
【請求項３】
前記外囲器および前記第２リード部材は常磁性体または反磁性体金属製であり、前記動作温度で前記スプリング体のばね荷重が前記可動導電体を押圧して前記磁石をフリースペース内で移動させることを特徴とする請求項２に記載の感温ペレット型温度ヒューズ。
【請求項４】
前記第１リード部材は鉄、銅覆鋼線（ＣＰ線）またはコバー導線に下地ＮｉのＡｇめっき線からなり、絶縁ブッシングの介在で前記外囲器の一端に装着され、前記第２リード部材は銅または真鍮からなり、前記外囲器の他端で直接かしめにより固定され、前記外囲器内に収容する磁石はキュリー温度が３００℃以上の希土類系永久磁石からなり、前記動作温度を前記スプリング体のばね荷重を調整して２５０℃を越える温度に設定され、前記スプリング体のばね荷重力が前記永久磁石の磁力低下した温度で前記可動導電体を移動させて前記第１リード部材および前記第２リード部材の形成する電気回路を遮断または導通状態にスイッチングすることを特徴とする請求項３に記載の感温ペレット型温度ヒュ−ズ。
【請求項５】
前記スイッチング機能部材は前記外囲器内に一端側から圧縮ばねのスプリング体、星型摺動接点の可動導電体およびペレット状永久磁石の順に収容され、常時ＯＮの電気回路を前記動作温度で遮断させ異常時ＯＦＦにスイッチングすることを特徴とする請求項４に記載の感温ペレット型温度ヒューズ。
【請求項６】
前記永久磁石と前記可動導電体との間にディスク体を介在させたことを特徴とする請求項５に記載の感温ペレット型温度ヒューズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は感温ペレットに有機物質を使用しない高温用に適した感温ペレット型温度ヒューズに関し、特に、所定の動作温度以下では磁場をかけなくても自発的に磁化する強磁性体金属体と永久磁石の感温材を用い温度変化に対する磁力変化を利用した感温ペレット型温度ヒューズに関する。
【背景技術】
【０００２】
温度ヒューズは、初期正常時の常温状態における導通または遮断状態を、温度上昇異常時の動作温度で逆転させて遮断または導通状態にする電気的保護手段である。通常、温度ヒューズは使用する感温材により分類され、非導電性感温物質を使用する感温ペレット型温度ヒュ−ズと導電性低融点合金を使用する可溶合金型温度ヒュ−ズとがある。いずれも周囲温度が上昇する時に所定の動作温度で作動して機器や装置の電流遮断あるいは通電路の導通を形成して装置・機器類を保護する、いわゆる非復帰型温度スイッチである。作動する温度は使用する感温材で決められ、通常、６０℃から２４０℃程度の範囲内であり、定格電流は０．５Ａから１５Ａの範囲で機能する保護部品として品揃えされている。このうち感温ペレット型温度ヒュ−ズは、通常、有機物質からなる感温ペレットを使用し、これを両端にリ−ドを取付けた外囲器内に収容し、圧縮ばねなどのスプリング体で可動導電体と共に押圧させ、ペレット溶融によりスイッチングするように構成されている。また、感温ペレットは所定の溶融温度を有する化学薬品を所定形状に造粒しこれを打錠成形によりペレット化したものである。
【０００３】
ところで、感温ペレット型温度ヒューズに使用されているペレットの材料は、既知の融点を有する単一の有機化合物からなり、これらに造粒性をあげるためのバインダ、充填密度を均一化するための潤滑剤および感温ペレットの種類を区分するための顔料等を配合することによって得られてきた。例えば、単一の有機化合物を使用した例としては、特許文献１に示すような感温ペレット型温度ヒューズが知られている。これは、純粋な化学薬品（有機化合物と同義として用いる）として４−メチルウンベリフェロンを感温ペレットとして使用したものである。次に２種以上の有機化合物を混合することによって最初の原料と異なる融点をもたせる方法が既に公知となっている。例えば、特許文献２および特許文献３は、いずれも既知の２種もしくはそれ以上の有機化合物を混合することで最初の有機化合物のもつ融点を下回る新たな融点を持つ共融混合物を作り出すことが可能であることを開示している。また、それによって得られた共融混合物は、熱的安定性と絶縁性とを維持する。この場合に感温ペレット型温度ヒューズに使用されるペレット材料は純粋な化学薬品を用いており、逆に意図しない化学薬品が混入した場合には融点が変動すると言われる。一方、有機化合物のうち高分子物質の熱可塑性樹脂をペレット材料に使用することも特許文献４に開示されるが、動作温度の高温化には有機物質特有の性質から限界があった。
【特許文献１】特許第１７０２９３９号明細書
【特許文献２】特開２００２−１６３９６６号公報
【特許文献３】特許第２５５１７５４号公報
【特許文献４】特開２００３−３１７５８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、感温ペレット型温度ヒューズに用いられる有機物質のペレットは、融点に近い高温下では昇華現象が見られペレットが縮小する。また、高湿度下や水分の影響で潮解現象が生じたりしてペレットが溶解し縮小することがある。いずれの場合も感温ペレット型温度ヒューズにとっては、断線の原因となったり、ミス動作の原因となったりして品質保証が困難になる。それゆえ、従来の感温ペレット型温度ヒューズは熱的に十分に安定であるとはいいがたく特に高温・高湿の環境によって影響を受ける。また、有機物質の粉を固めて成形しているため強度的に弱く製造過程での取り扱いにおいて割れや欠けが発生するといった不具合が生じ易い。
【０００５】
ところで、有機物質を感温材に使用する温度ヒュ−ズは、動作温度が２４０℃以下に制約され、３００℃前後の動作温度が要求されるオーブン等への適用ができない。従来の感温ペレット型温度ヒューズで動作温度を２５０℃以上にする場合、有機物質では適当な感温材がみあたらない。しかし、設定温度を２５０℃以上にできる高温用感温ペレット型温度ヒューズの提供が望まれていた。また、従来の有機物質では造粒し所定の形状に成形加工してペレットとするのであるが、ペレット化後の軟化、変形、昇華、潮解性など環境条件の影響を受けやすく、製造上の各処理工程や製品後の保管条件などの観点で多くの問題点があった。こうした問題は製品後の温度ヒュ−ズに対して、高温高湿の保管条件下ではペレットの損傷となって悪影響を受けることがあった。それゆえ、使用環境や経時的変化の影響を受け難くて、周囲の厳しい保管雰囲気に曝され高温高湿や有害ガスを浴びる環境下においても感温材自体に欠陥を生じさせない感温ペレット型温度ヒューズの提案が望まれていた。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、上記欠点を解消するために提案されたものであり、有機物質を使用しない無機物感温材により２５０℃以上の比較的高温領域に動作温度を設定できる新規かつ改良された感温ペレット型温度ヒュ−ズを提供することにある。すなわち、従来の感温材のもつ物理化学的な諸問題を解決する無機物の感温材を用いた新規かつ改良された感温ペレット型温度ヒューズを提供するもので、動作温度が比較的高いこと、使用部品点数が削減できること、湿度の影響が無く、高温度で使用可能であり熱的に安定なこと、および無機物質であり強度的に安定していることを特徴とした有機物質を使用しない感温ペレットを提案する。
【０００７】
本発明の別の目的は、キュリー温度での磁力低下現象に着目して無機材料からなる磁石や強磁性体金属を使用することで、熱的に安定して製作工程での作業性が容易かつ効率的になり、構造上の簡素化に役立つ感温ペレット型温度ヒューズの提供にある。特に、スイッチング機能部品の使用点数を大幅に減らして構成される。また、温度ヒュ−ズの保管並びに経時変化において、高湿度や有害ガスの雰囲気中に置かれても長期にわたり安定化が図られ、腐食や潮解・昇華作用に伴う縮小劣化を防ぎ保管中はもとより使用中でも電気的特性の性能低下を防止し、経年変化の影響も抑止され常に所定の動作温度で正確に作動する安定性と信頼性の向上に役立つ感温ペレット型温度ヒューズの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、磁石および強磁性体金属体を含む所定の温度以下で磁場をかけなくても自発的に磁化する感温部材と、第１リード部材を一端側に絶縁して装着し、第２リードを他端側に直接かしめ固定した金属製外囲器と、外囲器内に収容された可動導電体およびスプリング体を含むスイッチング機能部材とを具備し、磁石はフリースペースの移動空間を持って前記スイッチング機能部材と共に外囲器に収容され、強磁性体金属体は第１リード部材側に配置され、前記感温部材の磁気吸引力により前記スイッチング機能部材が電気回路の正常状態を維持し、感温部材が温度上昇による磁力低下で異常状態を感知して電気回路をＯＮまたはＯＦＦにスイッチングする感温ペレット型温度ヒュ−ズが提供される。したがって、従来の感温ペレット自体の変形・変質が抑止されて製造作業や保管または使用状態での取り扱いが容易で構造を簡素化した高温度領域に動作温度を有する感温ペレット型温度ヒュ−ズが得られる。ここで、第１リード部材を強磁性体金属として強磁性体金属体の機能を果たさせて部品点数を減らすことができる。また、感温部材はキュリー温度より低温側近辺における磁力低下特性を有し、磁気吸引力が温度上昇で低下してスプリング体のばね荷重と均衡する前後の温度を動作温度に設定することを特徴とする感温ペレット型温度ヒュ−ズを開示する。なお、外囲器および第２リード部材は常磁性体または反磁性体金属製であり、動作温度でスプリング体のばね荷重が可動導電体を押圧して磁石をフリースペース内で移動させる。
【０００９】
本発明の別の観点において、第１リード部材の内部先端を一方の電極接点部として利用し、第２リード部材は外囲器に直接固定して金属ケース外囲器自体が他方の電極として常時星型接点可動導電体に接触させる。一方は強磁性体金属である鉄またはコバルトを含む導線が使用され、外囲器は常磁性体または反磁性体金属である銅または真鍮の金属ケースからなり。この金属ケースに収容配置するスイッチング機能部材の位置決め手段をその内径の絞り加工によりケース内径を複数段の段差を形成し、それぞれ金属ケース内に収容されるスイッチング機能部材の位置規制手段とする感温ペレット型温度ヒューズを提供する。第１リード部材を絶縁ブッシングの介在で金属ケースの一端に取付け、この金属ケースの他端に第２リード部材をかしめ固定し、金属ケース内にスプリング体、可動導電体および永久磁石の３点部品をスイッチング機能部材として収容する。これは、従来の有機感温部材における使用部品点数を大幅に減らすものであり、組み立て上の容易化にも役立つ。スプリング体は永久磁石と強磁性体金属製第１リード部材との間に配置され磁力吸引に反撥する圧縮または引張ばねであり、永久磁石のキュリー温度近くに設定された動作温度において、スプリング体のばね力が永久磁石の磁力に打ち勝って可動導電体を移動させて第１および第２リード部材が形成する電気回路を遮断または導通状態にスイッチングする感温ペレット型温度ヒュ−ズが提供される。永久磁石と可動導電体との間にディスク体を介在したり、外囲器金属ケースには収容部品の位置決め手段をその内面に設けたりすることもでき、位置決め手段が金属ケースの内径を複数段の絞り加工を施して段差を形成することもできる。一方、動作温度は永久磁石および強磁性体金属体の温度対磁力特性、いわゆるキュリー効果を利用するもので、キュリー温度直前近傍でのスプリング体のばね応力を調整することにより設定することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、感温部材に永久磁石や磁石と強磁性体金属のセットを使用して構造が簡素化され高温・高湿でも化学物理的に極めて安定である。特に、動作温度の決定要因にはキュリー温度を基準にするのでキュリー温度の異なる組成材料の選択で動作温度が任意に選べるほか磁力の強度とスプリング体のばね力でも動作温度が調整可能となる。加えて、動作温度が高温域でかつ広い温度域において設定可能であり、使用目的に応じた任意の温度動作も実現可能である。一方、感温部材の物理化学的特性から強度や変形変質がないので、長寿命化と動作安定化の実現が期待できる。特に、組立加工の容易さと感温部材の強度的改善は感温ペレット型温度ヒュ−ズの構成部品の簡素化に役立ち、作業効率の向上に役立つ。また、温度ヒュ−ズの保管並びに経時変化において、高湿度や有害ガスの雰囲気中に置かれても長期にわたり安定化が図られ、腐食や潮解・昇華作用に伴う縮小劣化を防ぎ保管中はもとより使用中でも電気的特性の性能低下を防止し、経年変化の影響も抑止され常に所定の動作温度で正確に作動する安定性と信頼性の向上に役立つなどの実用的効果が大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る感温ペレット型温度ヒューズは、図１および図２にそれぞれ常温の平常時（Ａ）と加温の異常時（Ｂ）における部分断面図を示すように、感温ペレットとして永久磁石１０を使用し、円筒形金属ケース外囲器１２に後述するスイッチング機能部材と一緒に収容して構成される。金属ケース外囲器１２はその上端開口側に第１リード部材１４が固着され、下端開口側に第２リード部材１６がかしめ固定される。第１リード部材１４はその主要部が強磁性体金属からなり、絶縁ブッシング１７を貫通して金属ケース外囲器１２から絶縁され、外囲器内に延びる先端に第１電極１５を形成している。また、第１リード部材１４の外部導出部分には保護用絶縁碍管１８が配置され金属ケース外囲器１２の開口を封着するよう封止樹脂１９により固着される。一方、第２リード部材１６は金属ケース外囲器１２の下端部で直接かしめにより密着固定され、金属ケース外囲器自体の内面が第２電極として形成される。金属ケース外囲器１２に収容されるスイッチング機能部材には、前述する永久磁石１０の他に中央接点部と星型周辺接点部を有する可動導電体２０および圧縮ばねのスプリング体２４があり、好ましくは、永久磁石１０と可動導電体２０の間に配置されるスペーサ板２２が含まれる。ここで、圧縮ばねのスプリング体２４は、常温時は図１（Ａ）に示すように、永久磁石１０の吸引力を受けて圧縮状態にされている。すなわち、常温状態において、スプリング体２４のばね荷重は永久磁石１０が第１リード部材１４の強磁性体金属体に吸引される磁気吸引力に比べて弱く設定されており、永久磁石１０の吸引力がスップリング体２４のばね力に増さるためスペーサ板２２および可動導電体２０を第１リード部材１４の第１電極１５に圧接させ通常の導通（ＯＮ）状態を維持している。なお、スペーサ板２２は永久磁石１０と可動導電体２０との安定な接触を図るもので金属または絶縁のいずれでもよい。
【００１２】
次に、加温に伴うキュリー温度に近い温度の異常時には、図２（Ｂ）に示すように、永久磁石１０は磁力が低下し、その磁気吸引力がスプリング２４の圧縮ばね押圧力に打ち負かされ、可動導電体２０が第１電極１５から離れる状態で移動する。すなわち、スプリング体２４のばね力は圧縮状態から解放されてそのストローク範囲内で延びて可動導電体２０を外囲器内面の第２電極上を摺動して移動させる。結果的に、この可動導電体２０の移動は可動導電体２０と第１電極１５とを離反させて電気回路をＯＦＦ状態にスイッチングする。なお、図示される実施例は常時ＯＮ−異常時ＯＦＦの感温ペレット型温度ヒューズを構成するが、スプリング体や強磁性体金属体の配置構成により常時ＯＦＦ−異常時ＯＮとした逆動作の感温ペッレット型温度ヒューズとすることも可能である。
【００１３】
上述する実施態様は常時ＯＮ、異常時ＯＦＦの温度ヒューズであるが、これを逆にする。たとえば、常時ＯＦＦ、異常時ＯＮの温度ヒューズとするには強磁性体金属部材の配置変更と同時にスイッチング機能部材の組立構造を変更すればよく、強磁性体金属体を第１リード部材側から第２リード部材側に配置し、スプリング体に強弱圧縮ばねを用い、強圧縮ばねを永久磁石と強磁性体金属である第２リード部材側との間に配置し、弱圧縮ばねを第１リード部材と可動導電体との間に配置してスイッチング機能部材の組立順序を変更する。それにより可動導電体は、正常時に永久磁石の磁力が強圧縮ばねのばね力に打ち勝つと同時に弱圧縮ばねのばね力により可動接点体を第１リード部材の接点部より引き離してＯＦＦ状態を維持し、動作温度の異常時にスプリング体のばね圧が磁石の磁力並びに弱圧縮ばねのばね力に打ち勝って可動導電体を第１リード部材の接点体に接触してＯＮ状態に切換える感温ペレット型温度ヒューズとなる。なお、スプリング体として圧縮ばねを用いて説明したが、これを引張ばねにしてもその配置構造とばね力を適当に設定することで同様な感温ペレット型温度ヒューズとすることができる。
【実施例】
【００１４】
次に、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳述する。前述のように、本発明に係る感温ペレット型温度ヒューズは、図１および図２に示すように、感温ペレットが永久磁石１０からなる。ここで、永久磁石１０は磁性材料を粉末状にしてプレス処理し焼結する。焼結体は表面にめっきを施し着磁して作られるので所望する形状のペレットにできる。たとえば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂを含む希土類系磁石は直径３ｍｍψ高さ２．５ｍｍの丸型タイプに仕上げ加工される。これを収容する金属ケース外囲器１２の内径Φとケース内で磁石が移動するフリースペースのサイズＨを設計する。たとえば、Φ＞Ｈ＝磁石の厚み＋逃げ＋開離距離の関係式で磁石の厚みを決定する。着磁された永久磁石１０の磁性はキュリー温度で消磁して磁性を失うから、使用するスプリング体２４のばね力の調整によりキュリー温度を利用して所定の動作温度に設定した感温ペレット型温度ヒューズにできる。なお、キュリー温度は磁石の組成によって任意に選択できるので２５０℃以上の動作温度に設定した温度ヒューズが可能となる。また、強磁性体金属部体として機能する第１リード部材１４もそのキュリー温度が利用される。この場合、第１リード部材１４は強磁性金属のＦｅ線、ＣＰ線またはコバー線を用いこれに下地ＮｉのＡｇめっきを施しためっき導線を使用する。これに対して第２リード部材１６はＣｕ線を使用して金属ケース外囲器１２と同様に強磁性体でない金属（非磁性体金属）を使用する。なお、金属ケース外囲器１２は常磁性体または反磁性体金属材料でＣｕ材を絞り加工して円筒状缶ケースにしてもよい。
【００１５】
なお、コスト低減にはリード部材の一部分でめっき導線としてもよく、第１リード部材側に別個の強磁性体金属体を配置してもよい。一方、金属ケース外囲器１２はＮｉ上にＡｇめっきを施した銅または真鍮の缶ケースであるり、表面は防錆剤を塗布して表面処理される。また、缶ケース内面は３段階の内径になるように絞り加工して段差を形成し、収容するスイッチング機能部材の位置決め手段としてもよい。また、圧入可能にめっき厚を選定してもよい。第２リード部材１６は線径Φ１．５ｍｍの導線で、通常の下地Ｎｉの銀めっき銅線からなる。可動導電体２０は薄板銅板の周辺に切り込みを入れて星型接点体からなり、永久磁石１０との間にスペーサ板２２のディスク体を配置して磁力を均等に可動導電体２０側に付与する。スペーサ板は組み立て時に確実に磁石を面方向に組込むことと接点の平行を出すことで抵抗値を安定化させるものである。スペーサ板に強磁性体材料を用い、鏡像効果を利用して磁石の長さを増加させる経済的効果を得ることも可能である。
【００１６】
図３は実施例の感温ペレットに使用した希土類磁石に関する温度対磁力の関係を示す特性曲線であり、キュリー温度より低い温度側での磁力低下領域で動作温度が設定されることを示している。すなわち、温度上昇に関係なく略一定の荷重を付与するスプリング体の荷重特性曲線と希土類永久磁石の温度上昇に伴う磁力低下の特性曲線とが示されており、両特性曲線の交点近辺で動作温度が設定されることを示す。図示されたスプリン体の荷重は圧縮ばねのばね力で調整できるし、キュリー温度は希土類磁石の配合比によって変えられる。したがって、動作温度の設定は永久磁石の希土類の選定とスプリング体のばね力の調整により決定される。通常、キュリー温度に上昇した場合の希土類磁石は室温に戻しても磁性を失い消磁された状態になる。
【００１７】
本発明に係る感温ペレット型温度ヒューズの試作結果から動作温度２８０±３℃の製品が実現できた。このためにスプリング体に付いては組成としてＦｅＮｉ・ＣｒやＡｌ耐熱鋼、形状として円形断面で等ピッチの円筒コイルばねやコイル径の変化する樽形コイルばねをそれぞれ試作して温度対荷重特性曲線が測定により求められた。また、希土類磁石は着磁に先立つペレット形成で異なる配合比のペレットを多数成形加工して、着磁後の温度特性曲線とそれぞれのキュリー温度が測定された。こうした試作実験から、磁石を感温ペレットに使用した感温ペレット型温度ヒュ‐ズが実用可能であることを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る実施態様の感温ペレット型温度ヒューズの概要を示す部分縦断面図である。
【図２】同じく図１に示す感温ペレット型温度ヒューズ動作後の部分縦断面図である。
【図３】同じく図１に示す感温ペレット型温度ヒューズに使用する磁石の温度対磁力特性図である。
【符号の説明】
【００１９】
１０；永久磁石（感温ペレット）、  １２；金属ケース外囲器、  １４；第１リード部材、  
１５；第１電極、  １６；第２リード部材、  １７；絶縁ブッシング、  １８；絶縁碍管
１９；樹脂封着材、  ２０：可動導電体（星型接点体）、  ２２；スペーサ板（ディスク体）、  ２４；スプリング体（圧縮ばね）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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